伺服系統(tǒng)調(diào)試心得體

1、伺服系統(tǒng)調(diào)試心得體(一)電機(jī)問(wèn)題(1) 電動(dòng)機(jī)竄動(dòng)：在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)現(xiàn)象，測(cè)速信號(hào)不穩(wěn)定，如編碼器有裂紋;接線端子接觸不良，如螺釘松動(dòng)等 ;當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正方向運(yùn)動(dòng)與反方向運(yùn)動(dòng)的換向瞬間時(shí)，一般是 由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向問(wèn)隙或伺服驅(qū)動(dòng)增益過(guò)大所致 ;(2) 電動(dòng)機(jī)爬行： 大多發(fā)生在起動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)， 一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤(rùn)滑 狀態(tài)不良，伺服系統(tǒng)增益低及外加負(fù)載過(guò)大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動(dòng)機(jī)和 滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于連接松動(dòng)或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠 與伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)忽快忽慢 ;(3) 電動(dòng)機(jī)振動(dòng)：機(jī)床高速運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)

2、就會(huì)產(chǎn)生過(guò)流報(bào)警。機(jī)床振動(dòng) 問(wèn)題一般屬于速度問(wèn)題，所以應(yīng)尋找速度環(huán)問(wèn)題 ;(4) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩降低： 伺服電動(dòng)機(jī)從額定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩到高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩會(huì)突然降低，這時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)繞組的散熱損壞和機(jī)械部分發(fā)熱引起的。高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)溫升變大，因此， 正確使用伺服電動(dòng)機(jī)前一定要對(duì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載進(jìn)行驗(yàn)算 ;(5) 電動(dòng)機(jī)位置誤差：當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過(guò)位置允差范圍時(shí) (KNDSD100 出廠標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置 PA17 ： 400 ，位置超差檢測(cè)范圍 )，伺服驅(qū)動(dòng)器就會(huì)出現(xiàn)“ 4”號(hào)位置超差報(bào)警。主要原因有： 系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍小 ;伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng) ;位置檢測(cè)裝置有污染 ; 進(jìn)給傳動(dòng)鏈累計(jì)誤差 過(guò)大等 ;(6) 電動(dòng)機(jī)

3、不轉(zhuǎn)：數(shù)控系統(tǒng)到伺服驅(qū)動(dòng)器除了聯(lián)結(jié)脈沖+方向信號(hào)外，還有使能控制信號(hào)，一般為 DC+24 V 繼電器線圈電壓。伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有：檢查數(shù)控系統(tǒng) 是否有脈沖信號(hào)輸出 ;檢查使能信號(hào)是否接通 ; 通過(guò)液晶屏觀測(cè)系統(tǒng)輸入 /出狀態(tài)是否滿足進(jìn)給軸的起動(dòng)條件 ; 對(duì)帶電磁制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機(jī)確認(rèn)制動(dòng)已經(jīng)打開(kāi); 驅(qū)動(dòng)器有故障 ;伺服電動(dòng)機(jī)有故障 ;伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)聯(lián)軸節(jié)失效或鍵脫開(kāi)等。（二） 增益問(wèn)題 首先，機(jī)械本身的結(jié)構(gòu)對(duì)伺服增益的調(diào)整有重要影響。如 果機(jī)械本身的剛性比較好（磨床絲桿傳動(dòng)），伺服的相關(guān)增益則可以設(shè)置較高。如果接卸 本身的剛性偏柔（包裝機(jī)同步帶），伺服的相關(guān)增益則設(shè)置的不

4、要太高。伺服速度、位置增益參數(shù)關(guān)系及總的調(diào)試思路：伺服驅(qū)動(dòng)器包括三個(gè)反饋環(huán)節(jié)：位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)。最內(nèi)環(huán)（電流環(huán)）的反應(yīng) 速度最快，中間環(huán)節(jié)（速度環(huán)）的反應(yīng)速度必須高于最外環(huán)（位置環(huán)）。如果不遵守此原 則，將會(huì)造成電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的震動(dòng)或反映不良。伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)可盡量確保電流環(huán)具備良好 的反應(yīng)性能，故用戶只需調(diào)整位置位置環(huán)、速度環(huán)的增益即可。位置環(huán)的反應(yīng)不能快于速度環(huán)的反應(yīng)。因此，若需增加位置環(huán)的增益，必須先增加速 度環(huán)的增益。如果只增加位置環(huán)的增益，電機(jī)很可能產(chǎn)生震動(dòng)，從而將會(huì)造成速度指令及 定位時(shí)間的增加，而非期望的減少。速度環(huán)增益增大速度環(huán)比例增益，則能降低轉(zhuǎn)速脈動(dòng)的變化量，提高伺服驅(qū)動(dòng)系

5、統(tǒng)的硬度，保證 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)的性能。但是在實(shí)際系統(tǒng)中，速度環(huán)比例增益不能過(guò)大，否則將引 起整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振蕩。速度環(huán)參數(shù)調(diào)節(jié)與負(fù)載慣量的關(guān)系當(dāng)負(fù)載對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比較大，以及負(fù)載的摩擦轉(zhuǎn)矩比較大時(shí)， 宜增大速度環(huán)比例增益和速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)，以滿足運(yùn)行穩(wěn)定性的要求。 當(dāng)負(fù)載對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比較小，以及負(fù)載的摩擦轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，宜減 小速度環(huán)比例增益和速度換積分時(shí)間常數(shù)，保證低速運(yùn)行時(shí)的速度控制精度。位置環(huán)增益位置環(huán)增益與伺服電機(jī)以及機(jī)械負(fù)載有著密切的聯(lián)系， 通常伺服系統(tǒng)的位置環(huán)增益越 高，電機(jī)速度對(duì)于位置指令響應(yīng)的延時(shí)減小，位置跟蹤誤差愈小，定位所需時(shí)

6、間 越短，但 要求對(duì)應(yīng)的機(jī)械系統(tǒng)的剛性與自然頻率也必須很高。而且當(dāng)輸入的位置突變時(shí)，其輸出變 化劇烈，機(jī)械負(fù)載要承受較大的沖擊。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)器必須進(jìn)行升降 速處理或通過(guò)上位機(jī)用 編程措施來(lái)緩沖這種變化。 當(dāng)伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益相對(duì)較小時(shí)，調(diào)整起來(lái)比較方便，因?yàn)槲恢铆h(huán)增益小，伺服系統(tǒng)容 易穩(wěn)定，對(duì)大負(fù)載對(duì)象，調(diào)整要簡(jiǎn)單些。同時(shí)，低位置環(huán)增益的伺服系統(tǒng)頻 帶叫窄，對(duì)噪 音不敏感。因此，作為伺服進(jìn)給用時(shí)，位置的微觀變化小，但低位置環(huán)增益的伺服系統(tǒng)位 置跟蹤誤差較大。（三）慣量問(wèn)題 伺服系統(tǒng)是機(jī)電產(chǎn)品中的重要環(huán)節(jié)，它能提供最高水平的動(dòng) 態(tài)響應(yīng)和扭矩密度，所以拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是用交流伺服驅(qū)動(dòng)取替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓

7、、直流、 步進(jìn)和 AC 變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)，以便使系統(tǒng)性能達(dá)到一個(gè)全新的水平，包括更短的周期、更高 的生產(chǎn)率、更好的可靠性和更長(zhǎng)的壽命。為了實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的更好性能，就必須對(duì)伺服電 機(jī)的一些使用特點(diǎn)有所了解。1,慣性匹配在伺服系統(tǒng)選型及調(diào)試中，常會(huì)碰到慣量問(wèn)題 !具體表現(xiàn)為：1、在伺服系統(tǒng)選型時(shí)，除考慮電機(jī)的扭矩和額定速度等等因素外，我們還需要先計(jì)算 得知機(jī)械系統(tǒng)換算到電機(jī)軸的慣量，再根據(jù)機(jī)械的實(shí)際動(dòng)作要求及加工件質(zhì)量要求來(lái)具體 選擇具有合適慣量大小的電機(jī) ;2、在調(diào)試時(shí) （手動(dòng)模式下 ），正確設(shè)定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機(jī)械及伺服系統(tǒng)最佳效能的前題，此點(diǎn)在要求高速高精度的系統(tǒng)上表現(xiàn)由為突出（臺(tái)達(dá)伺服慣量

8、比參數(shù)為 1-37 ，JL/JM） 。這樣，就有了慣量匹配的問(wèn)題 !那到底什么是“慣量匹配”呢?1、 根據(jù)牛頓第二定律：“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動(dòng)慣量J X角加速度B角加速度B影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性越小，則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時(shí)間 越長(zhǎng)，系統(tǒng)反應(yīng)越慢。如果B變化，則系統(tǒng)反應(yīng)將忽快忽慢，影響加工精度。由于馬達(dá)選定 后最大輸出T值不變，如果希望B的變化小，則 J應(yīng)該盡量小。2、進(jìn)給軸的總慣量“ J=伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)慣性動(dòng)量 JM+電機(jī)軸換算的負(fù)載慣性動(dòng)量 JL 負(fù)載慣量 JL 由 （以工具機(jī)為例 ）工作臺(tái)及上面裝的夾具和工件、螺桿、聯(lián)軸器等直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的慣量折合到馬達(dá)軸上的慣量組成。

9、 JM 為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量， 伺服電機(jī)選定后， 此值就為定值，而 JL 則隨工件等負(fù)載改變而變化。如果希望 J 變化率小些，則最好使 JL 所占比例小些。這就是通俗意義上的“慣量匹配”。知道了什么是慣量匹配，那慣量匹配具體有什么影響又如何確定呢?影響： 傳動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響，慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù) 大，響應(yīng)慢，會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺 服精度和響應(yīng)速度，慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不 影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。確定：衡量機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，慣量越小，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性反應(yīng)越好;慣量越

10、大，馬達(dá)的負(fù)載也就越大，越難控制，但機(jī)械系統(tǒng)的慣量需和馬達(dá)慣量相匹配才行。不同的機(jī)構(gòu)，對(duì) 慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現(xiàn)。例如，CNC 中心機(jī)通過(guò)伺服電機(jī)作高速切削時(shí)，當(dāng)負(fù)載慣量增加時(shí)，會(huì)發(fā)生：(1) 控制指令改變時(shí)，馬達(dá)需花費(fèi)較多時(shí)間才能達(dá)到新指令的速度要求;(2)當(dāng)機(jī)臺(tái)沿二軸執(zhí)行弧式曲線快速切削時(shí)，會(huì)發(fā)生較大誤差： 一般伺服電機(jī)通常狀況下，當(dāng)JL WJM，則上面的問(wèn)題不會(huì)發(fā)生 當(dāng)JL=3 JM ,則馬達(dá)的可控性會(huì)些微降低，但對(duì)平常的金屬切削不會(huì)有影響。(高速曲線切削一般建議 JL MJM) 當(dāng)JL m JM，馬達(dá)的可控性會(huì)明顯下降，在高速曲線切削時(shí)表現(xiàn)突出 不同的機(jī)構(gòu)動(dòng)作及加工質(zhì)量要求對(duì) JL 與 JM 大小關(guān)系有不同的要求， 慣性匹配的確定需要根據(jù)機(jī)械的工藝特點(diǎn)及加工質(zhì)量要求來(lái)確定。2, 伺服電機(jī)選型在選擇好機(jī)械傳動(dòng)方案以后，就必須對(duì)伺服電機(jī)的型號(hào)和大小進(jìn)行選擇和確認(rèn)。(1) 選型條件 一般情況下，選擇伺服電機(jī)需滿足下列情況： 馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速 系統(tǒng)所需之最高移動(dòng)轉(zhuǎn)速 ; 馬